FireWire技術(shù)可實(shí)現(xiàn)長距離的高吞吐量傳輸、真正等時的對等(peer-to-peer)操作并具有廣泛的操作系統(tǒng)支持。對那些要求傳輸吞吐量更高、傳輸距離更長，并要求能從具有廣播能力的真正等時及對等操作中獲益的工業(yè)應(yīng)用來說，F(xiàn)ireWire技術(shù)將是連接外部世界的*選擇。

更強(qiáng)的計算能力和成本更低、像素更高的圖像傳感器催生了一批新的工業(yè)應(yīng)用。諸如視覺系統(tǒng)、機(jī)器人、運(yùn)動控制及晶圓檢查/修復(fù)等這些應(yīng)用，對整個計算系統(tǒng)都有很高的要求。例如，遠(yuǎn)程/本地傳感器的I/O吞吐量對主計算單元(如工業(yè)桌面計算機(jī)等)與各外部成像設(shè)備(如工業(yè)成像攝像機(jī)等)之間的典型互連提出了更高的帶寬要求。

除吞吐量外，這些應(yīng)用的其他關(guān)鍵需求還包括服務(wù)質(zhì)量(QoS)、連接距離、連接可靠性以及數(shù)據(jù)延遲等。連接選項(xiàng)包括面向Windows、Mac OS及Linux設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)高速數(shù)據(jù)連接，如100BaseT以太網(wǎng)、1000BaseT以太網(wǎng)(Gb以太網(wǎng))、USB2.0以及IEEE-1394(又名FireWire、i.Link、DTVLink及SB1394)等。表1列出了利用PC內(nèi)置FireWire接口及其Gb以太網(wǎng)和100BaseT以太網(wǎng)端口進(jìn)行的基本文件傳輸測試結(jié)果。硬件包括兩臺帶512MB RAM及一個600GB硬驅(qū)的1.7GHz Pentium 4計算機(jī)。

此外，更多的工業(yè)應(yīng)用還要求更高的吞吐量或大于5米的傳輸距離，并要求能從具有廣播能力的真正等時及對等操作中獲益。其中zui重要的是，它們需要光纖互連以及*的操作系統(tǒng)支持。對于這些，F(xiàn)ireWire是*選擇。

在那些互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 (IP) 傳輸為關(guān)鍵要求、但延遲或等時數(shù)據(jù)傳輸并不重要的應(yīng)用中，可采用以太網(wǎng)或FireWire連接。對那些不需要有真正等時能力、傳輸距離可限制在5米內(nèi)、不需要對等支持的較低吞吐量需求來說，USB 2.0高速連接不失為一種較佳選擇。此外，USB 2.0還可用于延遲不是很關(guān)鍵的一些應(yīng)用中。

總吞吐量

盡管吞吐量主要為原始數(shù)據(jù)速率的函數(shù)，但仲裁或決定由哪一個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行下一步傳輸?shù)姆椒?，可大大影響吞吐量以及?shù)據(jù)編碼。FireWire的1394b配置具有1Gbps的原始數(shù)據(jù)吞吐量，但數(shù)據(jù)編碼(IBM 8B10B的修改版)卻將該速率降低到800 Mbps。當(dāng)在兩個1394b節(jié)點(diǎn)間傳輸數(shù)據(jù)時，1394b總線擁有者監(jiān)視選擇器(BOSS) 仲裁機(jī)制可執(zhí)行與數(shù)據(jù)傳輸并行的仲裁、將總線*(bus grant)作為數(shù)據(jù)包的末位以及采用優(yōu)化數(shù)據(jù)包格式來減少開銷。這可使測得到的吞吐量超過712 Mbps。

在125Mbps的原始速率上，用4B5B數(shù)據(jù)對100BaseT以太網(wǎng)進(jìn)行編碼(原始速率為125Mbps)，可獲得100 Mbps的吞吐量。但它使用和早期以太網(wǎng)一樣的沖突檢測仲裁機(jī)制。如果仲裁域中沒有其他節(jié)點(diǎn)，那么這種方法效率很高。但如果仲裁域中有多個流量，則效率將降低，且可能會有更大的延遲。IP包頭和編碼也會給以太網(wǎng)帶來開銷負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致吞吐量下降。

要對1000Base以太網(wǎng)進(jìn)行編碼，可在1.25Gbps原始速率上利用8B10B數(shù)據(jù)編碼來獲得1Gbps的吞吐量。它具有和100BaseT以太網(wǎng)一樣的局限性，因?yàn)樵纪掏铝恳?0倍，所以仲裁時間成比例增加。此外，IP編碼還給CPU帶來了更重的負(fù)擔(dān)，因?yàn)橄嗤臅r間內(nèi)有更多的數(shù)據(jù)包到達(dá)。

USB 2.0高速連接具有480 Mbps的原始吞吐量。對其吞吐量影響zui大的是主機(jī)的硬件與軟件實(shí)現(xiàn)。它沒有仲裁，所有處理都在主機(jī)軟件棧中預(yù)定，并且所有處理均來自(或去往)主機(jī)。因此，吞吐量的大小非常依賴于主機(jī)的計算負(fù)荷及數(shù)據(jù)的目的地。源地和目的地不是主機(jī)的數(shù)據(jù)將在總線上出現(xiàn)兩次，一次出現(xiàn)在從源至主機(jī)的傳輸中，而另一次則出現(xiàn)在從主機(jī)至目的地的傳輸中。負(fù)荷很重的CPU也將影響USB系統(tǒng)的吞吐量。

服務(wù)質(zhì)量

FireWire每125 ms為延遲要求很高的數(shù)據(jù)分配真正許諾的帶寬。每一等時節(jié)點(diǎn)都擁有其各自以24.576 MHz頻率增加、且每隔125ms被刷新為循環(huán)主節(jié)點(diǎn)時鐘的32位時鐘(循環(huán)定時器)。更新該節(jié)點(diǎn)時鐘的同一數(shù)據(jù)包啟動等時“幀”，這使得能以較低及確定的延遲來分配數(shù)據(jù)。等時機(jī)制在硬件得到實(shí)現(xiàn)，而用軟件則控制設(shè)置和分配。

而以太網(wǎng)則缺乏這種等時機(jī)制。盡管IEEE標(biāo)準(zhǔn)建議采用一種對單個數(shù)據(jù)包區(qū)分優(yōu)先級的方法，但并沒有被終端設(shè)備、交換機(jī)及集線器等普遍采用。優(yōu)先級只是一種規(guī)定節(jié)點(diǎn)在仲裁期間贏得沖突檢測的方法，并不能*避免爭用或保證帶寬或延遲。由于以太網(wǎng)缺乏等時傳輸，因此它還不可能擁有公共時基，例如FireWire的循環(huán)定時器等。

USB具有一種可靠性稍低些的等時機(jī)制，因?yàn)樗饕揽恐鳈C(jī)軟件來執(zhí)行等時機(jī)制的方方面面。只要主機(jī)不被繁重的處理或不恰當(dāng)時的優(yōu)先級更高的處理過度負(fù)荷，則等時機(jī)制即可保持。但如果計算負(fù)載很重，或在不恰當(dāng)?shù)臅r間上出現(xiàn)高優(yōu)先級處理，則等時傳輸?shù)牡葧r性就會降低。單個USB外圍設(shè)備沒有像等時1394節(jié)點(diǎn)那樣的公共時基。USB外圍設(shè)備僅在主機(jī)請求時才輸出數(shù)據(jù)，且沒有像FireWire循環(huán)定時器那樣的公共定時器，結(jié)果是更難以解決延遲問題。

連接距離

FireWire在其zui初實(shí)現(xiàn)中(1394-1995, 1394a-2000)的zui長建議電纜長度為4.5 m。盡管并未明確要求，但如果采用標(biāo)準(zhǔn)中所列出的線直徑、屏蔽及接頭等，則遵守該限制。對于仍滿足電氣要求的高質(zhì)量電纜，其長度可超過4.5 m。但高質(zhì)量電纜通常為非標(biāo)準(zhǔn)且價格更貴。IEEE 1394b通過允許使用多種類型的介質(zhì)延長了電纜長度。尤其是，它允許用玻璃光纖(GOF)達(dá)到每電纜連接100米的連接距離(以任何速度傳輸，但必須符合收發(fā)器廠商的速度/距離限制)，以及用5類非屏蔽雙絞線對(UTP)在100Mbps速率上達(dá)到100米的連接距離。

USB 2.0在480Mbps速率上的電纜長度極限為5米。利用5類電纜，以太網(wǎng)可提供長達(dá)100米的連接距離。Gb以太網(wǎng)的1000BaseX實(shí)現(xiàn)也可采用IBM 8B10B編碼，并可用GOF來傳輸。不過，這種實(shí)現(xiàn)沒有1000BaseT CAT5E實(shí)現(xiàn)那么流行。1000BaseT實(shí)現(xiàn)采用5類增強(qiáng)型UTP電纜。CAT5E目前比GOF流行，因?yàn)樗阋?。它?Gbps速率上的5級脈沖幅度調(diào)制(PAM5)進(jìn)行編碼。

連接的魯棒性

工業(yè)實(shí)現(xiàn)可安裝在嚴(yán)酷的電、機(jī)械環(huán)境中，并由當(dāng)?shù)嘏嘤?xùn)過的技術(shù)員來維護(hù)。如果該安裝的電纜處于密集的電磁干擾 (EMI) 環(huán)境中，則光纜連接以其抗電磁干擾性而可能是一種較佳選擇。不過GOF收發(fā)器對電磁噪聲也很敏感。GOF對于確保良好的結(jié)合與連接器匹配也是一個挑戰(zhàn)，因?yàn)楣饫w的直徑很小。

在這方面使用塑料光纖(POF)可能是一個好的折衷，因其直徑相對較大、更結(jié)實(shí)、且收發(fā)器可以以高達(dá)500Mbps的速度工作，盡管采用塑料光纖(POF)及硬聚合物包層光纖(HPCF)會損失一些速度/距離(這在后面討論)。玻璃光纖在任何速度上都能達(dá)到100米的連接距離(表2)。

通過光纖很容易采用1394b FireWire。對于以太網(wǎng)，它必須采用8B10B二進(jìn)制編碼實(shí)現(xiàn)。USB不能采用光纜。FireWire及USB 2.0高速采用屏蔽雙絞線對(STP) 電纜可分別達(dá)到4.5及5米的距離，且能采用二進(jìn)制差分碼。至于100BaseT，它通常采用非屏蔽電纜，并擁有三級幅度編碼。以其沒有屏蔽及*的三級編碼，100BaseT更容易受到電磁干擾。UTP電纜也通常用作1000BaseT電纜，區(qū)別是1000BaseT在比100BaseT更高的頻率上采用5級幅度編碼。

FireWire 1394b硬件在總線復(fù)位的初始化過程中將自動禁用拓?fù)渲械囊粋€環(huán)路。由于每次總線復(fù)位都會重復(fù)此過程，因此這種機(jī)制在主連接被取消時將自動啟用備份連接。主連接取消將導(dǎo)致總線復(fù)位，然后尋找到備份連接(參見圖)。

換句話說，可將拓?fù)渑渲贸蓭в卸鄠€備份連接，且硬件將在開機(jī)時禁用這些連接。如果被啟用連接被取消，則取消會引起一次總線復(fù)位。而在總線復(fù)位期間，已被禁用的備份連接將被發(fā)現(xiàn)并被啟用(假如這是兩個節(jié)點(diǎn)之間目前*的通道的話)。滿意的結(jié)果是，硬件可檢測到備份連接，并在不需要時禁用，而在需要時無需軟件干預(yù)即可自動啟用。

采用以太網(wǎng)交換機(jī)可限制以太網(wǎng)仲裁域的大小，并能通過硬件IP加速(譬如建議用于iSCSI的IP加速)來減少IP延遲。但這兩者都會增加實(shí)現(xiàn)的成本。即使采用交換機(jī)，以太網(wǎng)延遲也大于FireWire 延遲。再加上由于循環(huán)定時器與循環(huán)啟動數(shù)據(jù)包所保持的公共時基，所以可確定FireWire 網(wǎng)絡(luò)里的延遲。USB介于這二者之間，更接近于1394。

所有這些技術(shù)都可與目前zui流行的操作系統(tǒng)集成。但值得指出的是，可在所有操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)用于傳輸IP數(shù)據(jù)的FireWire協(xié)議。因此，F(xiàn)ireWire 也能傳輸IP數(shù)據(jù)，而且有時比以太網(wǎng)速度更快。

其他優(yōu)勢：對等操作和真正的等時傳輸

FireWire允許進(jìn)行對等通信，即流量可直接發(fā)給請求數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)，而無需通過主節(jié)點(diǎn)來路由。這意味著任何節(jié)點(diǎn)都可啟動一次與其他節(jié)點(diǎn)的交易，而無需通過一個主節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行。這與USB不同，在USB總線上，每次交易都會由主節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。

例如，如果一個傳感器節(jié)點(diǎn)試圖將數(shù)據(jù)發(fā)給另一個不使用1394總線的*計算單元節(jié)點(diǎn)，則傳感器節(jié)點(diǎn)只需直接將數(shù)據(jù)發(fā)給該節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)只在總線上出現(xiàn)一次。但對于USB，同樣的數(shù)據(jù)必須先發(fā)給主節(jié)點(diǎn)，然后再由主節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)給其他節(jié)點(diǎn)。因此在USB連接中，數(shù)據(jù)會在總線上出現(xiàn)兩次，占用兩次帶寬并使傳輸錯誤幾率加倍。USB還只允許總線上有一個主節(jié)點(diǎn)，因此USB不能使用多于一臺PC的網(wǎng)絡(luò)?？捎肐P軟件棧(IP SW棧)將以太網(wǎng)配置成對等來對IP地址進(jìn)行譯碼。

正如前面所提到的，F(xiàn)ireWire每125 ms為延遲要求很高的數(shù)據(jù)分配真正許諾的帶寬。每個具有等時能力的節(jié)點(diǎn)還擁有它自己以24.576 MHz頻率遞增、并每隔125 ms更新為循環(huán)主節(jié)點(diǎn)時鐘的32位時鐘。用于更新節(jié)點(diǎn)時鐘的同一數(shù)據(jù)包還可用于啟動等時“幀”。這能實(shí)現(xiàn)低延遲數(shù)據(jù)分配并使數(shù)據(jù)延遲具有確定性。等時機(jī)制以硬件實(shí)現(xiàn)，軟件則用于控制設(shè)置與分配。如前所述，以太網(wǎng)沒有等時機(jī)制，而USB則具有可靠性稍低的等時實(shí)現(xiàn)。

廣播寫的能力

FireWire還具有廣播寫機(jī)制與地址空間，這被循環(huán)開始消息用來更新每一節(jié)點(diǎn)的循環(huán)定時寄存器(公共時基)。其他等時消息、安全消息等亦可采用同樣的等時機(jī)制。

IEEE 1394b具有以上所有優(yōu)勢，同時還具有其他*優(yōu)勢。因此無需舍棄1394a的任何內(nèi)容來實(shí)現(xiàn)1394b。1394b物理層(PHY)上的端口可向后兼容，即當(dāng)被插到1394a節(jié)點(diǎn)中時，它們能與1394a節(jié)點(diǎn)通信；而當(dāng)被插到1394b節(jié)點(diǎn)中時，則能與1394b節(jié)點(diǎn)通信。

如果將一個端口插入到1394a中而將另一個端口插入至1394b中，則1394b PHY可從1394a 轉(zhuǎn)換為1394b，這就是所謂的“雙語(bilingual)”。如果1394b為雙語，則它能與任何現(xiàn)有1394設(shè)備在硬件層面上相結(jié)合。但如果端口與S800的端口相連，則它將以全速1394b連接。

目前，1394b可工作在高達(dá)800 Mbps的速率上。IEEE標(biāo)準(zhǔn)定義了升級至1.6 Gbps所有事項(xiàng)，并且還定義了速率高達(dá)3.2 Gbps的介質(zhì)。實(shí)現(xiàn)800 Mbps 1394b的芯片可從德州儀器(TI)、牛津半導(dǎo)體公司(Oxford Semiconductor)、Initio及BridgeCo公司得到。而采用FPGA技術(shù)的幾種1394b鏈路層實(shí)現(xiàn)也已獲得成功，它們被用作ASIC的原型，以及被用作小批量設(shè)備的zui終設(shè)備。

FireWire 1394b采用修改版的IBM 8B10B編碼，因此1394b可與光收發(fā)器以及用于UTP電纜的特殊收發(fā)器一起使用。根據(jù)收發(fā)器的類型及所選介質(zhì)，電纜連接距離每跳接(per hop)可達(dá)到100米，盡管跳接數(shù)量有限。在特殊環(huán)境下，連接距離可延長至大約400米，但網(wǎng)絡(luò)不能太大。

此外，1394b還能在各種速度及連接距離上利用POF連接。以東芝的TODX2404為例，它能在0米、20米及50米的Mitsubishi Rayon(三菱人造纖維)標(biāo)準(zhǔn)電纜上分別達(dá)到400Mbps、200Mbps及100Mbps的速率，而用GOF則可達(dá)到400 Mbps以及更高速率。

如果有收發(fā)器，5類UTP電纜則可與1394b PHY一起使用。有了這種收發(fā)器，1394b可用CAT-5電纜在100米距離上達(dá)到100 Mbps的傳輸速率。直流平衡8B10B編碼允許電纜上的電隔離，如果選擇光連接則可實(shí)現(xiàn)zui終隔離。

TI分別在100 Mbps速率上對UTP5進(jìn)行了測試，在100 Mbps、200 Mbps及400 Mbps速率上對POF進(jìn)行了測試，在400 Mbps及800 Mbps速率上對GOF進(jìn)行了測試，zui后在100-800 Mbps速率上對4.5米屏蔽雙絞線對電纜進(jìn)行了測試。硬件測試結(jié)果很好，得到了很好的誤碼率性能及1394a與1394b設(shè)備之間良好的互操作性。但也出現(xiàn)了軟件兼容性問題。在400Mbp及800Mbps較高數(shù)據(jù)速率上，一切都很好。盡管有時在100或200Mbps較低數(shù)據(jù)速率上，根據(jù)特定終端設(shè)備的軟件實(shí)現(xiàn)，一些老式1394終端設(shè)備可能試圖在比采用1394b介質(zhì)連接更高的速率上(400Mbps)傳輸。

FireWire 1394b的BOSS仲裁消除了異步傳輸?shù)闹俨每臻e延遲以及等時傳輸?shù)闹俨脮r間，它是通過利用1394b的雙－單工性質(zhì)同時進(jìn)行仲裁與數(shù)據(jù)傳輸來做到這一點(diǎn)的。它還允許在發(fā)送數(shù)據(jù)包的后幾個碼中包含總線*，從而使仲裁只占用很小的開銷。

一種采用FireWire實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用是Point Grey Research公司的800 Mbps工業(yè)用攝像機(jī)。這個高性能攝像機(jī)要求有很高的視頻分辨率與質(zhì)量，為使開發(fā)成本適當(dāng)，它還需要目標(biāo)操作系統(tǒng)支持一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。通過允許較簡單的硬件實(shí)現(xiàn)、以原始視頻格式將數(shù)字像素直接發(fā)給計算機(jī)進(jìn)行處理，F(xiàn)ireWire所具有的真正等時特性使這些應(yīng)用從中受益。1394協(xié)會公布了一個用于此類攝像機(jī)(DCAM1.3)的標(biāo)準(zhǔn)，且該工業(yè)工作組還將繼續(xù)更新這個標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于PHY高吞吐量特性的部分。

Point Grey公司已開發(fā)出用于較低吞吐量1394a-2000系統(tǒng)的FireWire攝像機(jī)，因此當(dāng)FireWire 800Mbps速率得到實(shí)現(xiàn)時，F(xiàn)ireWire攝像機(jī)能滿足客戶對更高分辨率的需求。等時數(shù)據(jù)可使用將近80% 的總可用帶寬，從而可提供640 Mbps的吞吐量。然而，這些限制可讓S100 1394-1995能正常工作。在S100上，20%的帶寬為20 Mbps；而在S800上，20%的帶寬為160 Mbps。利用這些特性，連同更有效的BOSS仲裁，可在等時1394b網(wǎng)絡(luò)中將80%的可用帶寬的速率推向更高。

吞吐量的另一個限制是zui大長度的數(shù)據(jù)包僅持續(xù)大約83.3 ms時間。這雖然是對1394 PHY設(shè)計的一個限制，但卻是標(biāo)準(zhǔn)所要求的。比這更長的數(shù)據(jù)包可能會丟失后幾位而導(dǎo)致CRC誤差，因此在標(biāo)準(zhǔn)中，S100、S200、S400及S800數(shù)據(jù)包的長度分別被限制在1024、2048、4096及8192字節(jié)以內(nèi)。為兼容涵蓋這些，節(jié)點(diǎn)可在每個等時幀里發(fā)送一個以上的等時數(shù)據(jù)包，只要網(wǎng)絡(luò)能為這種操作分配帶寬。